Beberapa wahana antariksa dirancang untuk tiba dan menetap. Wahana pengorbit memasuki orbit di sekitar benda target dan mempelajarinya selama berbulan-bulan atau bertahun-tahun, mengumpulkan data selama banyak lintasan, bukan hanya selama penerbangan singkat.

Komprominya adalah bahan bakar. Memasuki orbit di sekitar planet yang jauh membutuhkan perubahan kecepatan yang besar, yang berarti sistem propulsi yang berat atau pendekatan yang lambat dan hemat bahan bakar menggunakan bantuan gravitasi dan pengereman aerodinamis.

Pengorbit terkenal

• Pengorbit Pengintai Mars
• Cassini di Saturnus
• Pengorbit Pengintai Bulan
• Juno di Jupiter

Wahana antariksa seringkali membawa banyak instrumen: kamera, spektrometer, radar, dan magnetometer. Data kembali perlahan melalui tautan radio yang kecil, sehingga penyimpanan dan kompresi data di dalam wahana sama pentingnya dengan instrumen itu sendiri.